JP2002325363A - 電池パック及び電池パックの故障診断方法 - Google Patents

電池パック及び電池パックの故障診断方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池電圧測定部の故障等のために、全く満充
電検出や過充電検出がなされない場合、充電を停止させ
られずに継続されるという課題を有していた。 【解決手段】 充電中に充電容量を積算し、充電容量が
ある設定値以上となるか否かを診断し、充電ＦＥＴ１６
をオフすることにより充電容量異常の故障診断を行なう
自己診断手段１２ａを備えたものである。この構成によ
り、電池及び電池電圧計測系に異常があった場合でも、
電池パック及びその電池パックを用いた電子機器の安全
性を維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池パックに関す
るものであり、詳しくは電池パックの故障診断方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、二次電池の市場は急速に拡大して
おり、なかでも非水系二次電池、例えばリチウムイオン
二次電池は、ノート型パソコンや携帯電話などの携帯型
電子機器におけるバッテリーとして広く使用されるよう
になった。
【０００３】単体もしくは組み電池として構成されて電
池パックに用いられるリチウムイオン二次電池は、過充
電、過放電によって安全性の低下や品質の劣化などが生
じるので、安全性や信頼性を維持するために、過充電や
過放電を防止するための制御回路を電池パック内のＢＭ
Ｕ（バッテリーマネージメントユニット）に搭載して電
池電圧等を管理するのが一般的である。
【０００４】リチウムイオン二次電池を搭載する機器に
おいては、電池パック内で満充電検出を行なうことが多
い。この場合、充電器によってＣＣ／ＣＶ制御が行なわ
れ、ＢＭＵでは電流垂下を認識し、ある温度による設定
値以下の電流値になった場合に満充電検出が行われる。
この際、誤検出を防止するために、トータルの電池電圧
の電圧測定値がある値以上であることが条件に加えられ
ている。
【０００５】一方、より安全性の向上を図るべく、昨今
では特開平１１−２３４９１０号公報に開示されている
ようにＢＭＵが故障の自己診断を行なう機能が提唱され
ている。
【０００６】図７に故障診断を含む充電制御のフローチ
ャートを示す。
【０００７】図７に示すように、過電流、過充電、過放
電などが検出されると充電ＦＥＴをオフとして充電用Ｆ
ＥＴの故障診断を行う。この充電用ＦＥＴの故障を検出
する機能として、強制的に充電ＦＥＴをオフしても充電
電流が流れ続けることを検知して、充放電経路に配置さ
れているヒューズを溶断する方法が採用されることが多
い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の方法では、電池電圧測定値が小さくなったりする故障
や、トータル電池電圧が上がらず、全く満充電検出や過
充電検出がなされなかったりし、充電状態が全く停止さ
れずに継続されていくという課題を有していた。
【０００９】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、従来の過充電保護に加え、充電量を積算
し充電容量異常か否かを判断し、電池パックの故障を自
己診断して充電を止め、システムや電池パックを安全な
状態に保つことや、故障情報を保持して再充電を行わな
い機能を有するＢＭＵを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、二次電池の充電時の充電電流を測定する
充電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧
検出手段と、前記充電電流測定部と前記電圧検出手段と
からの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己診断
手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥＴ制
御部により制御される充放電スイッチとを備えた電池パ
ック及び電池パックの故障診断方法であり、前記自己診
断手段は、充電中に充電容量のみを積算し、１回の充電
で積算された充電容量が規定値以上かを診断することに
より、二次電池または充電制御系の故障診断を行うこと
を特徴とするものである。
【００１１】この構成により、電池及び電池電圧測定系
に異常があった場合でも、電池パックの安全性を維持す
ることができる。
【００１２】また、二次電池の充電時の充電電流を測定
する充電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する
電圧検出手段と、前記充電電流測定部と前記電圧検出手
段とからの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己
診断手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥ
Ｔ制御部により制御される充放電スイッチとを備えた電
池パック及び電池パックの故障診断方法であり、充電状
態に関わらず満充電条件が成立するまで残量積算を継続
し、この残量値が規定値以上かを診断することにより、
二次電池または充電制御系の故障診断を行うことを特徴
とするものである。
【００１３】この構成により、上記の場合と同様に、電
池及び電池電圧測定系に異常があった場合でも、電池パ
ックの安全性を維持することができる。この両手法は、
適宜該当電池パックに最適な方を選択することができ
る。
【００１４】また、自己診断手段において、故障情報を
保持する情報保持手段を備えることにより、故障情報を
保持することで異常を検出したパック電池には再充電を
行わないので、電池パックの安全性を維持することがで
きる。
【００１５】本発明の電池パックを用いる電子機器は電
池パックから送られてくる故障診断情報を示す信号を入
力するための入力インタフェースと、故障診断情報を表
示する表示手段とを有している。また、故障診断情報に
基づいて、充電を停止する充電器を搭載することが好ま
しい。
【００１６】電池パックの異常は、その電池パックが組
み込まれる電子機器の破損等の二次災害にもつながるの
で、電池パックに万全の安全対策を施すことは、電子機
器の安全性、信頼性を高めることにもつながっていく。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明
の実施の形態における構成例を示す電池パックのブロッ
ク図である。同図の電池パックは、本発明の電池パック
故障診断機能や他の制御機能をも含むＢＭＵ１（バッテ
リーマネージメントユニット、電池管理装置）と、単一
もしくは組電池として構成された二次電池２と、電子機
器に接続される正極端子３及び負極端子４と、故障診断
結果などの情報を出力する通信端子５とにより構成され
ている。なお、本実施の形態においては、二次電池２と
して、リチウムイオン二次電池を例にとって説明する
が、二次電池２の電池系は問わず、ニッケル水素蓄電池
やリチウムポリマ二次電池等の他の種類の電池を用いた
場合でも、本発明を適宜に変形して適用することができ
る。
【００１８】本発明の電池パック故障診断機能が組込ま
れたＢＭＵ１は、電流検出抵抗１０、電流検出手段１
１、充電制御部１２、電圧検出手段１３、通信手段１
４、ＦＥＴ制御部１５、充電用ＦＥＴ１６、放電用ＦＥ
Ｔ１７とにより構成されている。この充電制御部１２
は、自己診断手段１２ａ、残量管理部１２ｂ、充電容量
積算部１２ｃなどの機能を含んでいる。また、電流検出
抵抗１０と電流検出手段１１とをあわせて充電電流測定
部としている。また、充放電スイッチとして、充電用Ｆ
ＥＴ１６と放電用ＦＥＴ１７とを用いている。
【００１９】なお、本実施の形態において、電流検出抵
抗１０は負極側、充電用ＦＥＴ１６，放電用ＦＥＴ１７
は正極側に配置されているが、どちらの側に配置しても
略同等の機能を有する。
【００２０】以下に各構成要素の動作を説明する。本実
施の形態において、負極側に配置されている電流検出抵
抗１０は、二次電池２に流れる充放電電流を検出する。
電流検出手段１１は、電流検出抵抗１０からの信号を常
時受け、適宜自己診断手段１２に二次電池２に流れる充
放電電流の信号を出力する。この電流検出手段１１から
自己診断手段１２ａへの信号出力は、常時行っていても
良いし、例えば数秒おきに行っても良い。
【００２１】また電圧検出手段１３は二次電池２の電圧
を検出し、自己診断手段１２ａに適宜信号を出力してい
る。この際、自己診断手段１２ａに出力する電圧信号
は、二次電池２が単電池である場合にはその単電池の電
圧を電圧信号として出力するだけであるので問題はない
が、二次電池２が組電池である場合には、電圧検出手段
１３が単電池毎に電圧検出してその単電池毎の電圧信号
をそのまま出力しても良いし、いくつか毎もしくは全て
の単電池の総和を出力しても良い。また単に組電池の電
池電圧の総和を検出して、その電圧信号を出力しても良
い。各単電池毎に検出した際には、バラツキ検出及びそ
の解消等も可能となるため好ましいが、コスト等との兼
ね合いにより好ましい方法を選べば良いことはいうまで
もない。
【００２２】自己診断手段１２ａは、電流検出手段１１
及び電圧検出手段１３からの信号入力を受けて、過電
圧、過電流でないかを基準値と比較することにより診断
する。
【００２３】本実施の形態においてはＢＭＵ１をＩＣ化
しているが、ＩＣ化を行わない場合には、自己診断手段
１２ａのこの働きを行うには単に比較器による比較結果
の出力を通信手段１４及びＦＥＴ制御部１５に出力する
構成としても良い。
【００２４】このＩＣパッケージ内にはＦＥＴの故障診
断機能と、過充電制御回路診断機能と、シャットダウン
診断機能とを収納することができる。
【００２５】ＩＣ化して１パッケージに収納することに
よって、ＢＭＵ１のスケールダウンやコストダウンを計
ることができる。言うまでもないが、これにより、電池
パック自体のスケールダウンやコストダウンも計ること
ができる。
【００２６】自己診断手段１２ａの診断結果において、
過電圧，過電流、ＦＥＴ故障、充電容量異常が検出され
ない場合には通信手段１４には電池パックが正常である
という信号を出力し、またＦＥＴ制御部１５には充放電
用ＦＥＴ１６、１７のオンを保持する信号を出力する。
【００２７】自己診断手段１２ａの診断結果において、
過電圧が検出された場合には通信手段１４には電池パッ
クが過電圧であるという信号を出力し、またＦＥＴ制御
部１５には充電時であれば充電用ＦＥＴ１６をオフとす
る信号を出力する。
【００２８】また自己診断手段１２ａの診断結果におい
て、過電流が検出された場合には通信手段１４には電池
パックが過電流であるという信号を出力し、またＦＥＴ
制御部１５には充放電用ＦＥＴ１６、１７をオフとする
信号を出力する。
【００２９】また、ＦＥＴ故障が判明した場合にも通信
すると共に、ＦＥＴをオフする。
【００３０】しかし、このような機能があっても電池及
び電圧測定系に異常がある場合には満充電検出がなされ
ず、ＦＥＴ故障でもないので充電が停止することなく、
充電される容量が異常に大きくなっても充電が継続され
ることが起こりうる。
【００３１】これを未然に防止するために、充電容量異
常の故障診断を行なう。図２にこの処理全体のフローチ
ャートを示す。図２において、従来例を示す図７と異な
る点は、充電積算を行うフローと、それを用いて残量表
示を行うフローとの間に、充電容量異常チェックのフロ
ーを入れているところである。
【００３２】以下、図３〜図６を用いて、この充電容量
異常チェックについて説明する。
【００３３】図３、図４は１回の充電を対象に二次電池
２の充電中に充電電流を積算する場合の充電容量異常チ
ェックを示している。この実現方法として、他のモード
（満充電時、放電、放置）に移行した場合にクリアする
か、他のモードから充電に移行した際の充電開始時にク
リアすることにより実現される。この充電容量の状態は
充電制御部１２内の充電容量積算部１２ｃにより、演算
されている。
【００３４】次に、診断方法を説明する。この充電中に
積算された充電容量値が、あらかじめ設定した容量値以
上になった場合に、自己診断手段１２ａより信号を出力
して、充電用ＦＥＴ１６を強制的にオフにする。そし
て、通信手段１４を通じて機器側に異常であることを通
知するとともに、ＢＭＵ１内部に設けられた情報保持手
段であるＥＥＰＲＯＭ１８などのメモリにこの異常情報
を格納しておく。
【００３５】図４に充電状態と充電積算量の相関図を示
している。同図に示すように、充電中は充電積算量は増
加していくが、他のモードである放電中となると充電積
算量０までクリアされる。そして、１回の充電で、例え
ば規定値とする公称容量の１．５倍まで充電されると、
充電容量異常エラーとして、上述の対処を行う。
【００３６】図５、図６には、請求項２に示す処理のフ
ローチャートを示す。１回の充電量のみの積算を対象に
するのではなく、充放電を繰り返す中で、残量が学習容
量を超えて異常な値になると必要な対処を行う。この残
量の管理は、充電制御部１２内の残量管理部１２ｂによ
り行われている。
【００３７】充電時に満充電検出をするまでは、残量が
学習容量の１００％容量値を超えても、残量値に充電電
流分の容量を積算することを継続し、積算された残量値
があらかじめ設定された規定値を超えた場合には、充電
容量異常として診断する。この場合にも、異常と判断さ
れた場合には、充電制御部１２内の自己診断手段１２ａ
により充電用ＦＥＴを強制的にオフする。
【００３８】図６に充電状態と残量の相関図を示してい
る。同図に示すように、充電中は充電積算量は増加して
いき、放電中は値をクリアするのではなく放電分の容量
を減少させていく。そして、次回の充電状態となった場
合に、その減少した状態から、さらに充電積算量を増加
させていく。それを繰り返すうちに、例えば残量が規定
値である学習容量の２００％容量値を越えた場合に残量
異常エラーとして上述の対処を行う。
【００３９】なお、いずれの方法においても、この規定
値は通常ありえない容量値として公称容量の数倍等を設
定する。
【００４０】また、サイクル劣化等を考慮し、充放電毎
に変化する学習容量値の数倍等が規定値になるように構
築しても良い。
【００４１】充電容量異常であると診断した際には、自
己診断手段１２ａは通信手段１４を通じて電子機器に電
池パックは異常であるという信号もしくは充電を中止さ
せる信号もしくは両方の信号を出力する。
【００４２】そしてＢＭＵ１内に設けられたＥＥＰＲＯ
Ｍ１８は異常の履歴を保持して充電不可を保持する情報
保持手段としてのメモリである。これにより異常があっ
たパック電池の場合には異常の履歴が残っているため、
電池パックが電子機器に接続されて充電を開始する前
に、自己診断手段１２がＥＥＰＲＯＭ１８から情報を読
みとることで、異常の履歴がある電池パックの場合には
充電を開始しない。これにより異常のある電池パックを
充電することにより生じる様々な不都合をあらかじめ回
避できる。
【００４３】なお、ＦＥＴの故障診断機能，過充電制御
回路及び過充電制御回路診断機能等はマイコンソフトで
制御された自己診断手段１２ａ内に含まれ、ＩＣ化され
て１パッケージに収納されている。
【００４４】本発明の電池パックを用いる電子機器は、
電池パックから送られてくる故障情報を示す信号を入力
するための入力インタフェースが必要となる。また、故
障情報を表示する表示手段とを有することが望ましい。
また、故障診断情報に基づいて、充電を停止することが
できる充電器を搭載することが望ましい。
【００４５】
【発明の効果】上記実施の形態から明らかなように、本
発明によれば、電池異常や電圧検出回路の異常や満充電
検出系の異常に対して、充電が止まらない状態を防止す
ることができ、二重保護としての役目を果たすと共に異
常を速やかに検知することが可能であるので、未然に過
充電になることを防ぐことができる。
【００４６】また、従来に比べ追加部品もなく安価に信
頼性の高い電池パックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の故障診断機能を持つ電池パックの構成
図
【図２】本発明の制御全般を示すフローチャート
【図３】本発明の充電容量異常の故障診断を示すフロー
チャート
【図４】本発明の充電状態と充電積算量との相関図
【図５】本発明の残量異常の故障診断を示すフローチャ
ート
【図６】本発明の充電状態と残量との相関図
【図７】従来の制御全般を示すフローチャート
【符号の説明】
１ ＢＭＵ ２ 二次電池 ３ 正極端子 ４ 負極端子 ５ 通信端子 １０ 電流検出抵抗 １１ 電流検出手段 １２ 充電制御部 １２ａ 自己診断手段 １２ｂ 残量管理部 １２ｃ 充電容量積算部 １３ 電圧検出手段 １４ 通信手段 １５ ＦＥＴ制御部 １６ 充電用ＦＥＴ １７ 放電用ＦＥＴ １８ ＥＥＰＲＯＭ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１１月１５日（２００１．１１．
１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】図７に示すように、過電流、過充電などが
検出されると充電ＦＥＴをオフとして充電用ＦＥＴの故
障診断を行う。この充電用ＦＥＴの故障を検出する機能
として、充電開始から一定期間後に強制的に充電ＦＥＴ
をオフしても充電電流が流れ続けることを検知して、充
放電経路に配置されているヒューズを溶断する方法が採
用されることが多い。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ Ｆターム(参考） 2G016 CB12 CB31 CB32 CC04 CC06 CC07 CC12 CC23 CC27 CC28 CD06 CD14 5G003 AA01 BA01 CA01 CA11 CC02 DA07 DA13 EA05 EA09 GA01 5H030 AA10 AS18 FF42 FF43 FF44

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 二次電池の充電時の充電電流を測定する
    充電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧
    検出手段と、前記充電電流測定部と前記電圧検出手段と
    からの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己診断
    手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥＴ制
    御部により制御される充放電スイッチとを備えた電池パ
    ックの故障診断方法であり、 前記自己診断手段は、充電中に充電容量のみを積算し、
    １回の充電で積算された充電容量が規定値以上かを診断
    することにより、二次電池または充電制御系の故障診断
    を行うことを特徴とする電池パックの故障診断方法。
  2. 【請求項２】 二次電池の充電時の充電電流を測定する
    充電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧
    検出手段と、前記充電電流測定部と前記電圧検出手段と
    からの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己診断
    手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥＴ制
    御部により制御される充放電スイッチとを備えた電池パ
    ックの故障診断方法であり、 充電状態に関わらず満充電条件が成立するまで残量積算
    を継続し、この残量値が規定値以上かを診断することに
    より、二次電池または充電制御系の故障診断を行うこと
    を特徴とする電池パック故障診断方法。
  3. 【請求項３】 前記規定値は、二次電池の公称容量値の
    略１．５倍〜略２倍に設定することを特徴とする請求項
    １または２いずれかに記載の電池パックの故障診断方
    法。
  4. 【請求項４】 前記規定値は、二次電池の学習容量値の
    略１．５倍〜略２倍に設定することを特徴とする請求項
    １または２いずれかに記載の電池パックの故障診断方
    法。
  5. 【請求項５】 二次電池の充電時の充電電流を測定する
    充電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧
    検出手段と、前記充電電流測定部と前記電圧検出手段と
    からの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己診断
    手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥＴ制
    御部により制御される充放電スイッチとを備えており、 前記自己診断手段は、充電中に充電容量のみを積算し、
    １回の充電で積算された充電容量が規定値以上かを診断
    することにより、二次電池または充電制御系の故障診断
    を行うことを特徴とする電池パック。
  6. 【請求項６】 二次電池の充電時の充電電流を測定する
    充電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧
    検出手段と、前記充電電流測定部と前記電圧検出手段と
    からの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己診断
    手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥＴ制
    御部により制御される充放電スイッチとを備えており、 充電状態に関わらず満充電条件が成立するまで残量積算
    を継続し、この残量値が規定値以上かを診断することに
    より、二次電池または充電制御系の故障診断を行うこと
    を特徴とする電池パック。
  7. 【請求項７】 前記規定値は、二次電池の公称容量値の
    略１．５倍〜略２倍に設定することを特徴とする請求項
    ５または６いずれかに記載の電池パック。
  8. 【請求項８】 前記規定値は、二次電池の学習容量値の
    略１．５倍〜略２倍に設定することを特徴とする請求項
    ５または６いずれかに記載の電池パック。
  9. 【請求項９】 自己診断手段の出力を入力とし外部接続
    されている電子機器に情報を出力する通信手段を備えた
    ことを特徴とする請求項５乃至８いずれかに記載の電池
    パック。
  10. 【請求項１０】 自己診断手段において、故障情報を保
    持する情報保持手段を備えたことを特徴とする請求項５
    乃至９いずれかに記載の電池パック。
  11. 【請求項１１】 電池パックから送られてくる故障診断
    情報を示す信号を入力するための入力インタフェース
    と、故障診断情報を表示する表示手段とを有することを
    特徴とする電子機器。
  12. 【請求項１２】 故障診断情報に基づいて、充電を停止
    する充電器を搭載したことを特徴とする請求項１１記載
    の電子機器。
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